1. Introduction
EVA est l'abréviation de copolymère d'éthylène-acétate de vinyle, un polymère polyoléfinique. Grâce à sa faible température de fusion, sa bonne fluidité, sa polarité et son absence d'halogènes, il est compatible avec divers polymères et poudres minérales, offre un équilibre entre propriétés mécaniques, physiques, électriques et performances de mise en œuvre. Son prix abordable lui confère une offre suffisante. Il peut ainsi être utilisé comme isolant de câbles, comme matériau de remplissage et de gainage, et peut être transformé en thermoplastique et en matériau de réticulation thermodurcissable.
L'EVA a une large gamme d'utilisations, avec des retardateurs de flamme, peut être transformé en une barrière à faible dégagement de fumée sans halogène ou en une barrière à combustible halogène ; choisir une teneur élevée en VA de l'EVA comme matériau de base peut également être transformé en matériau résistant à l'huile ; choisir l'indice de fusion de l'EVA modéré, ajouter 2 à 3 fois le remplissage de retardateurs de flamme EVA peut être fait pour les performances du processus d'extrusion et le prix d'un matériau de barrière à l'oxygène (remplissage) plus équilibré.
Dans cet article, à partir des propriétés structurelles de l'EVA, l'introduction de son application dans l'industrie du câble et les perspectives de développement.
2. Propriétés structurelles
Lors de la production de synthèse, la modification du rapport du degré de polymérisation n / m peut produire une teneur en VA de 5 à 90 % d'EVA ; l'augmentation du degré de polymérisation total peut produire un poids moléculaire de dizaines de milliers à des centaines de milliers d'EVA ; une teneur en VA inférieure à 40 %, en raison de la présence d'une cristallisation partielle, une faible élasticité, communément appelée plastique EVA ; lorsque la teneur en VA est supérieure à 40 %, un élastomère de type caoutchouc sans cristallisation, est communément appelé caoutchouc EVM.
1. 2 Propriétés
La chaîne moléculaire de l'EVA est une structure linéaire saturée, elle présente donc une bonne résistance au vieillissement thermique, aux intempéries et à l'ozone.
La chaîne principale de la molécule EVA est exempte de doubles liaisons, de cycles benzéniques, d'acyles, de groupes amines et autres groupes facilement fumigènes lors de la combustion. Ses chaînes latérales sont également exemptes de groupes méthyle, phényle, cyano et autres groupes facilement fumigènes lors de la combustion. De plus, la molécule elle-même ne contient pas d'halogènes, ce qui la rend particulièrement adaptée aux combustibles résistifs sans halogène et à faible dégagement de fumée.
La grande taille du groupe acétate de vinyle (VA) dans la chaîne latérale de l'EVA et sa polarité moyenne lui permettent d'inhiber la tendance du squelette vinylique à cristalliser et de se coupler efficacement aux charges minérales, créant ainsi les conditions nécessaires à la fabrication de combustibles barrières hautes performances. Ceci est particulièrement vrai pour les résines à faible dégagement de fumée et sans halogène, car des retardateurs de flamme à plus de 50 % en volume [par exemple, Al(OH)₃, Mg(OH)₂, etc.] doivent être ajoutés pour satisfaire aux exigences des normes relatives aux câbles en matière de retardateur de flamme. L'EVA à teneur moyenne à élevée en VA sert de base à la production de combustibles ignifuges à faible dégagement de fumée et sans halogène, dotés d'excellentes propriétés.
Le groupe acétate de vinyle (VA) de la chaîne latérale de l'EVA étant polaire, plus la teneur en VA est élevée, plus le polymère est polaire et meilleure est sa résistance à l'huile. La résistance à l'huile requise par l'industrie du câble se réfère principalement à la capacité à supporter les huiles minérales apolaires ou faiblement polaires. Conformément au principe de compatibilité similaire, l'EVA à forte teneur en VA est utilisé comme matériau de base pour produire une barrière combustible sans halogène et à faible dégagement de fumée, offrant une bonne résistance à l'huile.
Les molécules EVA dans la performance de l'atome H de l'alpha-oléfine sont plus actives, dans les radicaux peroxydes ou l'effet de rayonnement électronique à haute énergie, il est facile de prendre la réaction de réticulation H, de devenir du plastique ou du caoutchouc réticulé, peut être fabriqué selon des exigences de performance exigeantes de matériaux spéciaux pour fils et câbles.
L'ajout du groupe acétate de vinyle permet de réduire considérablement la température de fusion de l'EVA, et le nombre de chaînes latérales courtes VA peut augmenter sa fluidité. Par conséquent, ses performances d'extrusion sont bien supérieures à celles du polyéthylène similaire, ce qui en fait le matériau de base privilégié pour les matériaux de blindage semi-conducteurs et les barrières contre les combustibles halogènes et sans halogène.
2 Avantages du produit
2. 1 Rapport coût-performance extrêmement élevé
L'EVA présente d'excellentes propriétés physiques et mécaniques, notamment une résistance à la chaleur, aux intempéries, à l'ozone et des propriétés électriques. Choisir la nuance appropriée permet d'obtenir des câbles résistants à la chaleur, ignifuges, mais aussi résistants aux huiles et aux solvants.
Le matériau thermoplastique EVA est principalement utilisé avec une teneur en VA comprise entre 15 % et 46 %, et un indice de fusion compris entre 0,5 et 4. L'EVA est proposé par de nombreux fabricants et marques, avec une large gamme d'options, des prix abordables et un approvisionnement suffisant. Il suffit aux utilisateurs d'ouvrir la section EVA du site web pour consulter la marque, les performances, le prix et le lieu de livraison en un coup d'œil, et choisir facilement.
L'EVA est un polymère polyoléfine. Sa souplesse et ses performances sont comparables à celles du polyéthylène (PE) et du polychlorure de vinyle (PVC) souple utilisé pour les câbles. Cependant, des recherches plus approfondies démontreront la supériorité incontestable de l'EVA et des deux types de matériaux mentionnés précédemment.
2. 2 excellentes performances de traitement
L'EVA, utilisé dans les câbles, a été initialement utilisé comme matériau de blindage intérieur et extérieur pour les câbles moyenne et haute tension, puis comme matériau de barrière pour combustible sans halogène. Du point de vue de la mise en œuvre, ces deux types de matériaux sont considérés comme des « matériaux hautement chargés » : le matériau de blindage, en raison de l'ajout d'une grande quantité de noir de carbone conducteur, augmente sa viscosité, ce qui entraîne une forte baisse de la fluidité ; le combustible ignifuge sans halogène, quant à lui, nécessite l'ajout d'une grande quantité de retardateurs de flamme sans halogène, ce qui entraîne une forte augmentation de la viscosité et une forte baisse de la fluidité. La solution consiste à trouver un polymère capable de supporter de fortes doses de charge, tout en présentant une faible viscosité à l'état fondu et une bonne fluidité. C'est pourquoi l'EVA est le choix privilégié.
La viscosité de l'EVA fondu diminue rapidement avec la température d'extrusion et le taux de cisaillement. Il suffit à l'utilisateur d'ajuster la température de l'extrudeuse et la vitesse de la vis pour obtenir d'excellentes performances en fils et câbles. De nombreuses applications nationales et internationales montrent que, pour les matériaux sans halogène à faible émission de fumée et à forte charge, la viscosité est trop élevée et l'indice de fusion trop faible. L'extrusion à vis à faible taux de compression (taux de compression inférieur à 1,3) est donc la seule solution pour garantir une bonne qualité d'extrusion. Les matériaux EVM à base de caoutchouc avec agents de vulcanisation peuvent être extrudés sur des extrudeuses à caoutchouc et des extrudeuses à usage général. La vulcanisation (réticulation) ultérieure peut être réalisée par réticulation thermochimique (au peroxyde) ou par irradiation par accélérateur d'électrons.
2. 3 Facile à modifier et à adapter
Les fils et les câbles sont partout, du ciel au sol, des montagnes à la mer. Les besoins des utilisateurs de fils et de câbles sont également variés et étranges, tandis que la structure des fils et des câbles est similaire, ses différences de performances se reflètent principalement dans les matériaux de revêtement d'isolation et de gaine.
Jusqu'à présent, tant au niveau national qu'international, le PVC souple représente encore la grande majorité des matériaux polymères utilisés dans l'industrie du câble. Cependant, avec la prise de conscience croissante de la protection de l'environnement et du développement durable,
Les matériaux en PVC ont été fortement restreints, les scientifiques font tout leur possible pour trouver des matériaux alternatifs au PVC, dont le plus prometteur est l'EVA.
L'EVA peut être mélangé à divers polymères, mais aussi à diverses poudres minérales et auxiliaires de fabrication compatibles. Ces produits mélangés peuvent être transformés en thermoplastique pour câbles en plastique, mais aussi en caoutchouc réticulé pour câbles en caoutchouc. Les concepteurs de formulations peuvent se baser sur les exigences des utilisateurs (ou des normes), en utilisant l'EVA comme matériau de base, afin d'optimiser les performances du matériau.
3 Gamme d'applications EVA
3. 1 Utilisé comme matériau de blindage semi-conducteur pour les câbles électriques haute tension
Comme nous le savons tous, le matériau principal du blindage est le noir de carbone conducteur. L'ajout d'une quantité importante de noir de carbone dans les matériaux de base en plastique ou en caoutchouc altère considérablement la fluidité du blindage et la régularité de l'extrusion. Pour éviter les décharges partielles dans les câbles haute tension, les blindages intérieur et extérieur doivent être fins, brillants, éclatants et uniformes. Comparé à d'autres polymères, l'EVA est plus performant à cet égard. En effet, son procédé d'extrusion est particulièrement performant, sa fluidité est excellente et il est peu sujet à la rupture par fusion. Le blindage se divise en deux catégories : le blindage intérieur, enveloppé dans le conducteur extérieur, est recouvert d'un matériau de blindage intérieur ; le blindage extérieur, enveloppé dans l'isolant extérieur, est recouvert d'un matériau de blindage extérieur. Le matériau de blindage intérieur est principalement thermoplastique. Le matériau de blindage intérieur est principalement thermoplastique et est souvent à base d'EVA avec une teneur en VA de 18 % à 28 % ; le matériau de blindage extérieur est principalement réticulé et pelable et est souvent à base d'EVA avec une teneur en VA de 40 % à 46 %.
3. 2 Carburants thermoplastiques et ignifuges réticulés
La polyoléfine thermoplastique ignifuge est largement utilisée dans l'industrie du câble, principalement pour les câbles marins, les câbles d'énergie et les lignes de construction haut de gamme, avec ou sans halogène. Ses températures de fonctionnement à long terme varient de 70 à 90 °C.
Pour les câbles électriques moyenne et haute tension de 10 kV et plus, soumis à des exigences de performances électriques très élevées, les propriétés ignifuges sont principalement assurées par la gaine extérieure. Dans certains bâtiments ou projets exigeants en matière d'environnement, les câbles doivent présenter des propriétés à faible dégagement de fumée, sans halogène, à faible toxicité ou à faible dégagement de fumée et faible teneur en halogène. Les polyoléfines thermoplastiques ignifuges constituent donc une solution viable.
Pour certains usages spécifiques, le câble spécial est doté d'un diamètre extérieur réduit et d'une résistance à des températures comprises entre 105 et 150 °C. Il est fabriqué en polyoléfine ignifuge réticulée. Le type de réticulation peut être choisi par le fabricant en fonction de ses conditions de production. Il peut être réalisé par la méthode traditionnelle de la vapeur haute pression ou par bain de sel haute température, ou par irradiation à température ambiante par accélérateur d'électrons. Sa température de service à long terme est divisée en trois catégories : 105 °C, 125 °C et 150 °C. L'installation de production peut être conçue selon les exigences des utilisateurs et les normes, avec ou sans halogène.
Il est bien connu que les polyoléfines sont des polymères polaires apolaires ou faiblement polaires. Leur polarité étant similaire à celle de l'huile minérale, elles sont généralement considérées comme moins résistantes à l'huile, selon le principe de compatibilité similaire. Cependant, de nombreuses normes de câbles, nationales et internationales, stipulent également que les résistances réticulées doivent également présenter une bonne résistance aux huiles, aux solvants, voire aux boues d'huile, aux acides et aux bases. Cela représente un défi pour les chercheurs en matériaux. Aujourd'hui, en Chine comme à l'étranger, ces matériaux exigeants ont été développés, dont le matériau de base est l'EVA.
3. 3 Matériau barrière à l'oxygène
Les câbles multiconducteurs toronnés présentent de nombreux vides entre les âmes, qui doivent être comblés pour obtenir un aspect arrondi, si le remplissage de la gaine extérieure est constitué d'une couche de protection combustible sans halogène. Cette couche de remplissage agit comme une barrière anti-flamme (oxygène) lorsque le câble brûle, ce qui lui vaut le nom de « barrière anti-oxygène » dans l'industrie.
Les exigences de base pour un matériau barrière à l'oxygène sont : de bonnes propriétés d'extrusion, une bonne résistance au feu sans halogène (indice d'oxygène généralement supérieur à 40) et un faible coût.
Cette barrière à l'oxygène est largement utilisée dans l'industrie du câble depuis plus de dix ans et a permis d'améliorer considérablement la résistance au feu des câbles. Elle peut être utilisée aussi bien pour les câbles ignifuges sans halogène que pour les câbles ignifuges sans halogène (par exemple, en PVC). De nombreuses expériences ont montré que les câbles dotés d'une barrière à l'oxygène ont plus de chances de réussir les essais de combustion verticale simple et de combustion en faisceau.
Du point de vue de la formulation du matériau, ce matériau barrière à l'oxygène est en fait une « charge ultra-élevée », car pour répondre au faible coût, il est nécessaire d'utiliser une charge élevée, pour obtenir un indice d'oxygène élevé, il faut également ajouter une proportion élevée (2 à 3 fois) de Mg (OH) 2 ou Al (OH) 3, et pour bien extruder, il faut choisir l'EVA comme matériau de base.
3. 4 Matériau de gaine PE modifié
Les matériaux de gainage en polyéthylène sont sujets à deux problèmes : d'une part, ils sont sujets à la rupture par fusion (effet peau de requin) lors de l'extrusion ; d'autre part, ils sont sujets aux fissures dues aux contraintes environnementales. La solution la plus simple consiste à ajouter une certaine proportion d'EVA à la formulation. Utilisé comme EVA modifié, principalement à faible teneur en VA, son indice de fusion se situe entre 1 et 2.
4. Perspectives de développement
(1) L'EVA est largement utilisé dans l'industrie du câble, avec une croissance annuelle régulière et progressive. En particulier au cours de la dernière décennie, en raison de l'importance de la protection de l'environnement, la résistance aux carburants à base d'EVA a connu un développement rapide et a partiellement remplacé la tendance des matériaux de câbles à base de PVC. Son excellent rapport qualité-prix et ses excellentes performances d'extrusion le rendent difficile à remplacer par d'autres matériaux.
(2) L'industrie du câble consomme près de 100 000 tonnes de résine EVA par an. Le choix des variétés de résine EVA varie selon la teneur en VA. La taille des entreprises de granulation des câbles étant petite, la production annuelle de résine EVA se compte en milliers de tonnes, ce qui ne suscite pas l'intérêt des grandes entreprises du secteur. Par exemple, la plus grande quantité de matériau de base ignifuge sans halogène est principalement composée de résine EVA avec un rapport VA/MI = 28/2 ~ 3 (comme l'EVA 265# de DuPont aux États-Unis). À ce jour, aucun fabricant national ne produit et ne fournit cette qualité d'EVA. Sans parler des autres résines EVA produites et distribuées avec une teneur en VA supérieure à 28 et un indice de fusion inférieur à 3.
(3) Faute de concurrents nationaux, les entreprises étrangères produisent de l'EVA, et les prix sont depuis longtemps élevés, ce qui freine sérieusement l'enthousiasme des usines de câbles nationales. Plus de 50 % de la teneur en VA du caoutchouc EVM est dominée par des entreprises étrangères, et son prix est deux à trois fois supérieur à celui de la marque. Ces prix élevés, à leur tour, affectent la quantité de caoutchouc EVM. L'industrie du câble fait donc appel aux fabricants nationaux d'EVA pour accroître sa production. L'industrie a largement recours à la résine EVA pour accroître sa production.
(4) S'appuyant sur la vague de protection environnementale à l'ère de la mondialisation, l'EVA est considéré par l'industrie du câble comme le meilleur matériau de base pour une résistance aux carburants respectueuse de l'environnement. Son utilisation croît de 15 % par an et les perspectives sont très prometteuses. La quantité et le taux de croissance de la production de matériaux de blindage et de câbles électriques moyenne et haute tension se situent entre 8 % et 10 %. La résistance des polyoléfines connaît une croissance rapide, se maintenant entre 15 % et 20 % ces dernières années, et cette croissance pourrait se maintenir dans les 5 à 10 prochaines années.
Date de publication : 31 juillet 2022